中国におけるポリシリコン産業の産業チェーン、生産、供給の現状分析

2. ポリシリコン 分類：純度が用途を決定し、ソーラーグレードが主流を占める

多結晶シリコンはシリコン単体の一種であり、異なる結晶方位を持った結晶粒で構成されており、主に工業的なシリコン処理によって精製されます。ポリシリコンの外観は灰色の金属光沢があり、融点は約1410℃です。室温では不活性ですが、溶融状態ではより活性になります。ポリシリコンは半導体の性質を持ち、非常に重要かつ優れた半導体材料ですが、微量の不純物が導電性に大きな影響を与えます。ポリシリコンには多くの分類方法があります。中国の国家基準による上記の分類に加えて、ここではさらに重要な 3 つの分類方法を紹介します。さまざまな純度要件と用途に応じて、ポリシリコンは太陽光発電グレードのポリシリコンと電子グレードのポリシリコンに分類できます。ソーラーグレードのポリシリコンは主に太陽電池の製造に使用され、電子グレードのポリシリコンはチップやその他の製造の原材料として集積回路産業で広く使用されています。ソーラーグレードのポリシリコンの純度は6〜8N、つまり総不純物含有量が10 -6 未満である必要があり、ポリシリコンの純度は99.9999%以上に達する必要があります。電子グレードのポリシリコンの純度要件はさらに厳しく、最小値は 9N、現在の最大値は 12N です。電子グレードのポリシリコンの製造は比較的困難です。電子グレードのポリシリコンの生産技術を習得している中国企業はほとんどなく、依然として相対的に輸入に依存している。現在、太陽電池用ポリシリコンの生産量は電子用ポリシリコンよりもはるかに大きく、前者は電子用ポリシリコンの約13.8倍となっている。

シリコン材料はドーピングする不純物と導電型の違いにより、P型とN型に分けられます。シリコンにホウ素、アルミニウム、ガリウムなどのアクセプタ不純物元素をドープすると、ホール伝導が支配的になり、P 型になります。シリコンにリン、ヒ素、アンチモンなどのドナー不純物元素をドープすると、電子伝導が支配的になり、N型になります。 P型電池には主にBSF電池とPERC電池が含まれます。 2021 年には、PERC バッテリーが世界市場の 91% 以上を占め、BSF バッテリーは廃止される予定です。 PERC が BSF に置き換わる間に、P 型セルの変換効率は 20% 未満から 23% 以上に増加し、理論上の上限である 24.5% に近づこうとしていますが、N- 型セルの理論上の上限は 24.5% です。タイプセルは28.7%であり、Nタイプセルは高い変換効率を持っています。高い両面比率と低い温度係数の利点により、企業はNタイプバッテリーの量産ラインを導入し始めています。 CPIAの予測によると、N型電池の割合は2022年に3%から13.4%に大幅に増加すると予想されており、今後5年間でN型電池からP型電池への移行が始まると予想されています。異なる表面品質に応じて、緻密な材料、カリフラワー材料、サンゴ材料に分けることができます。緻密な材料の表面は凹度が5mm未満で最も低く、色の異常がなく、中間層の酸化がなく、価格が最も高い。カリフラワー素材の表面は5〜20mmの適度な凹みを持ち、断面は中程度で、価格は中程度です。サンゴ素材の表面はより深刻な凹みを持っていますが、深さは20mm以上で、断面は緩く、価格は最も低くなっています。緻密な材料は主に単結晶シリコンの描画に使用され、カリフラワー材料とサンゴ材料は主に多結晶シリコンウェーハの製造に使用されます。企業の日常的な生産では、高密度材料に 30% 以上のカリフラワー材料をドープして単結晶シリコンを製造することができます。原料コストは節約できますが、カリフラワー原料を使用すると結晶引き上げ効率がある程度低下します。企業は、2 つを比較検討した後、適切なドーピング率を選択する必要があります。最近、高密度材料とカリフラワー材料の価格差は基本的に 3 RMB/kg で安定しています。価格差がさらに拡大した場合、企業は単結晶シリコンの引き上げにカリフラワー材料をさらにドープすることを検討する可能性があります。

中国で改良されたシーメンス法を使用してポリシリコンを製造するコストには、原材料、エネルギー消費、減価償却費、加工費などが含まれます。業界の技術進歩により、コストは大幅に低下しました。原材料とは主に工業用シリコンやトリクロロシラン、エネルギー消費量とは電気や蒸気、加工費とは生産設備の点検・修理費を指します。 Baichuan Yingfu の 2022 年 6 月初旬のポリシリコン生産コスト統計によると、原材料が最もコストの高い項目であり、総コストの 41% を占め、このうち工業用シリコンがシリコンの主な供給源となっています。業界で一般的に使用されるシリコン原単位は、高純度シリコン製品の単位当たりに消費されるシリコンの量を表します。計算方法は、外注した工業用シリコン粉末やトリクロロシランなどのシリコン含有材料を全て純シリコンに換算し、シリコン含有率から換算した純シリコン量に応じて外注クロロシランを差し引いたものです。 CPIAのデータによると、シリコン消費量は2021年に0.01kg/kg-Si減って1.09kg/kg-Siになると予想されている。冷間水素化処理と副生成物のリサイクルの改善により、 2030 年までに 1.07 kg/kg に減少します。 kg-Si。不完全な統計によると、ポリシリコン業界の中国企業上位5社のシリコン消費量は業界平均よりも低い。そのうちの 2 つは、2021 年にそれぞれ 1.08 kg/kg-Si と 1.05 kg/kg-Si を消費することが知られています。 2 番目に高い割合はエネルギー消費で、合計 32% を占め、そのうち電力は 30% を占めます。総コストは、電力価格と効率が依然としてポリシリコン生産にとって重要な要素であることを示しています。電力効率を測る主な指標は、総合消費電力と削減電力の2つです。消費電力削減とは、トリクロロシランと水素を削減して高純度のシリコン原料を生成するプロセスを指します。消費電力にはシリコンコアの予熱と蒸着が含まれます。 、保温、末端換気、その他のプロセスの消費電力。 2021年には技術進歩とエネルギーの総合利用により、ポリシリコン生産の平均総合電力消費量は前年比5.3%減の63kWh/kg-Siとなり、平均削減電力量は同6.1%減となる。前年比は46kWh/kg-Siとなり、今後さらに減少すると予想されます。 。また、減価償却費も17％を占める重要な費用項目です。 Baichuan Yingfuのデータによると、2022年6月初旬のポリシリコンの総生産コストは約55,816元/トン、市場のポリシリコンの平均価格は約260,000元/トン、粗利率は約26万元/トンであったことは注目に値します。 70％以上もの高いものとなったため、多くの企業がポリシリコン生産能力の構築に投資するようになりました。

ポリシリコンメーカーがコストを削減するには 2 つの方法があります。1 つは原材料コストを削減すること、もう 1 つは消費電力を削減することです。原材料に関しては、メーカーは産業用シリコンメーカーと長期協力契約を結ぶか、上流と下流の統合生産能力を構築することで原材料コストを削減できます。たとえば、ポリシリコン生産工場は基本的に自社の工業用シリコン供給に依存しています。電力消費量に関しては、メーカーは低電力価格と総合的なエネルギー消費量の改善により電力コストを削減できます。総電力使用量のうち約70％が削減電力であり、高純度結晶シリコンの製造においても削減は重要な鍵となります。したがって、中国のポリシリコン生産能力のほとんどは、新疆、内モンゴル、四川省、雲南省などの電力料金の安い地域に集中している。しかし、二炭素政策の推進により、安価な電力資源を大量に入手することが困難になっています。したがって、消費電力を削減して削減することは、今日ではより実現可能なコスト削減です。方法。現在、還元消費電力を低減するには、還元炉内のシリコンコアの数を増やし、単体の出力を拡大することが有効です。現在、中国で主流の還元炉のタイプは 36 対ロッド、40 対ロッド、48 対ロッドです。炉のタイプは60対のロッドと72対のロッドにアップグレードされましたが、同時に企業の生産技術レベルに対するより高い要求も提示しました。

改良されたシーメンス法と比較して、シラン流動層法には 3 つの利点があります。1 つは消費電力が低いこと、2 つ目は結晶引上げ出力が高いこと、3 つ目は、より高度な CCZ 連続チョクラルスキー技術と組み合わせることがより有利であることです。シリコン産業支部のデータによると、シラン流動床法の総合消費電力は改良型シーメンス法の33.33％、削減電力量は改良型シーメンスの10％となっている。シラン流動床法には、エネルギー消費量において大きな利点があります。結晶引き上げに関しては、粒状シリコンの物理的特性により、単結晶シリコン引き上げロッド リンク内の石英るつぼを完全に充填することが容易になります。多結晶シリコンと粒状シリコンは、単炉るつぼの装入容量を 29% 増加させると同時に、装入時間を 41% 短縮し、単結晶シリコンの引上げ効率を大幅に向上させます。また、粒状シリコンは直径が小さく流動性が良いため、CCZ連続チョクラルスキー法により適しています。現在、中下流域における単結晶引き上げ技術の主流は、シリコン単結晶棒を引き上げた後、再度供給して引き上げるRCZ単結晶リキャスト法である。線引きも同時に行うため、単結晶シリコン棒の冷却時間が短縮され、生産効率が高くなります。 CCZ 連続チョクラルスキー法の急速な発展も、粒状シリコンの需要を押し上げるでしょう。粒状シリコンは、摩擦によりシリコン粉が多く発生する、表面積が大きく汚染物質を吸着しやすい、溶融時に水素と結合して飛びが発生しやすいなどの欠点があるが、関連する粒状シリコンの最新の発表によれば、企業では、これらの問題は改善され、ある程度の進歩が見られます。

シラン流動床プロセスはヨーロッパと米国では成熟していますが、中国企業の導入後はまだ初期段階にあります。 1980年代には早くもRECやMEMCに代表される海外の粒状シリコンが粒状シリコンの生産を模索し始め、大規模生産を実現した。その中で、REC の粒状シリコンの総生産能力は 2010 年に 10,500 トン/年に達し、同時期のシーメンス社と比較して少なくとも 2 ～ 3 ドル/kg のコスト優位性がありました。単結晶引上げのニーズにより、同社の粒状シリコンの生産は停滞し、最終的には生産を停止したが、中国と合弁で粒状シリコンの生産を行う生産会社を設立した。

4.原材料：工業用シリコンが中核原材料であり、供給はポリシリコンの拡大のニーズを満たすことができます

工業用シリコンは、ポリシリコン製造の中核原料です。中国の工業用シリコン生産量は、2022年から2025年にかけて着実に増加すると予想されている。2010年から2021年にかけて、中国の工業用シリコン生産は拡大段階にあり、生産能力と生産量の年平均成長率はそれぞれ7.4%と8.6%に達している。 。 SMMのデータによると、中国で新たに増加する工業用シリコン生産能力は、2022年と2023年に89万トンと106万5千トンになる見込みだ。産業用シリコン企業が今後も約60％の稼働率と稼働率を維持すると仮定すると、2022年と2023年の中国の新たな生産能力増強により、32万トンと38万3千トンの生産量増加がもたらされる。 GFCIの推計によると、22/23/24/25年の中国の工業用シリコン生産能力は約590/697/671/650万トンで、355/391/418/438万トンに相当する。

残りの 2 つの重畳工業用シリコンの下流地域の成長率は比較的遅く、中国の工業用シリコンの生産は基本的にポリシリコンの生産に匹敵することができます。 2021年の中国の工業用シリコン生産能力は538万5,000トンで、生産量は321万3,000トンに相当し、このうちポリシリコンが62万3,000トン、有機シリコンが89万8,000トン、アルミニウム合金が64万9,000トン消費される。さらに、約 78 万トンの生産量が輸出に使用されます。 2021 年には、ポリシリコン、有機シリコン、アルミニウム合金の消費は、それぞれ工業用シリコンの 19%、28%、20% を占めると予想されます。 2022年から2025年まで、有機シリコン生産の成長率は10％程度にとどまると予想され、アルミニウム合金生産の成長率は5％未満となる。したがって、2022年から2025年までにポリシリコンに使用できる工業用シリコンの量は比較的十分であり、ポリシリコンの需要を十分に満たすことができると考えています。生産ニーズ。